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1、浅谈双层弧形网壳的结构分析冯耀宁（中国市政工程丙北设计研究院有限公司北京工程设计咨询分院，100037）【摘要】木文对某工程污泥干化间的双层柱面弧形网壳结构设计进行介绍,并对屋面网架、竖向钢柱及纵向支撑构件建立空间结构模型进行整体分析。使用国际通用有限元分析设计软件进行受力分析，并对分析过程及结果进行探讨。【关键词】弧形网壳；整体建模；有限元木工程位于新疆某地区，抗震设防烈度为7度（第二组），设计基木地震加速度为0.15g。屋面为下弦支撑的柱面弧形网壳结构，支撑柱为钢柱，采用纵向柱间支撑抗侧力体系。屋面网
2、壳平面尺、r为：66m×34m,属中小型屋面网架。长向柱距为llX6m,网架跨度为34m。屋面网壳采用对边钢柱支撑，柱顶标高为6.9m。弧形网架矢高为7.15m，网架自身高度为1.6m,矢跨比为1:4.755,满足《空间网格结构技术规程》的1/3〜1/6规定。沿结构纵向设置3道纵向抗侧力柱间支撑，两端山墙部共对称设置8个抗风柱，抗风柱单独计算，柱顶与网架螺栓球刚性连接。三维透视图见图1（木文插图讼度单位为m,力学单位为KN）。2、结构方案的探讨木工程建筑形式为弧形钢结构屋面，弧形钢结构空间结构
3、体系分为单层柱面网壳及双层柱面网壳。单层柱面M壳又根据支撑形式的不同分为两端边支撑及两纵边支撑。因该工程特征为两纵边支撑结构体系，但两纵边支撑的单层弧形网壳适用于跨度30m以下的结构，综合判定该工程屋面采用双层柱面网壳。网壳纵向支撑于钢结构立柱上，钢柱下端与基础嵌固连接，柱顶与网壳结构固接连接。3、计算模型的建立木工程的双层柱面网壳与立柱及纵向支撑均采用国际通用有限元分析设计软件进行建模计算。这种建模计算比传统的M壳与下部支撑结构分別计算更为精确。采用屋面与支撑结构分开建模，支撑计算吋不能够精确的定义网壳
4、的空间刚度，网壳与支撑柱在外部荷载作用下的变形也不相协调，整体建模计算就能很好地避开上述问题。本工程网壳屋面在四周边榀采用加强桁架结构封边，网架支座选用板型支座。本工程所采用的主要荷载：雪荷载：0.5KN/m2,风荷载:0.6KN/m2,屋面恒载：0.5KN/m2,屋面活载:0.5KN/m2。温度分析考虑:△t=±40°C，钢网壳合拢温度为10°C~20°C。该工程屋面网壳矢跨比1:4.755大于1:5,根据《空间网格结构技术规程》4.4.2条规定，抗震计算考虑水平地震作用，不考虑竖向地震的
5、作用。本工程所采用的主要截面类型有：钢柱：组合型HW400x408x21x21+HW300x300x10/15；柱间支撑及撑杆2120X10；屋面网壳主要管材：φ68×5,φ76×5,φ89×5/φ95×6,φ102×5,φ102×5,φ121×5,较大杆件布置在受力较大的部位；螺栓球：BS150,BS180,外侧钢柱采用Q345,其余杆件均采用Q235。在三维有限元
6、建模中，将钢柱定义为下端固结，上端固接的杆件单元，即下端约束X、丫、Z三方向的位移及转角，上端与网壳支座连接定义为刚接。网壳杆件及支撑杆件均定义为二力杆，只承受轴力作用，释放掉杆件两端相应的约束。被节点打断的构件应按照实际情况对杆件进行整体构件受力计算。网壳屋面外部荷载按照面单元加载，然后导算传递到螺栓球节点上。在网壳屋面顶部形成传递荷载的虚板，将面压力荷载加载至虚板面单元进行荷载导算。杆件自重荷载由软件自动计算。屋面风荷载按照面荷载加载到虚板上，柱间风荷载导算为线荷载加载至相应的钢柱上。4、计算模型的分
7、析根据《钢结构规范》GB50017-2003及《建筑抗震设计规范》GB50011-2010,钢柱长细比按照λ≤108控制，柱间支撑长细比按照λ≤200控制。网壳杆件长细比按照《空间网格结构技术规程》jGj7-2010的规定进行控制，压杆λ≤180、拉杆λ≤250。钢柱计算长度系数按照《钢结构设计规范》附录D表D-2取值。本工程的屋面风荷载为风吸作用，静载在风载计算吋起到奋利作用，荷载组合时应充分考虑各荷载的作用方式，取最不利的
8、荷载组合进行计算。5、计算结果分析竖:向位移根据荷载工况及计算结果，网壳在最人荷载工况下的竖向位移位于网壳正中上弦节点处。变形值为92mm,满足网架规程规定的挠度值1/250的要求。竖向变形图详见图2.短跨方向位移荷载工况分析，该工程的主要荷载类型为恒载、活载、风载及地震荷载。根据荷载规范、风荷载对屋面的影响为风吸荷载，产生向上的风吸力，在计算网漿时起到有利的作用，故在分析结构体系的横向位移吋，应取恒载及活载为主控荷载的荷载工
